レーザー慣性核融合エネルギー

LIFE は、レーザー慣性核融合エネルギーの略で、 2008年から2013年にかけてローレンス・リバモア国立研究所で実施された核融合エネルギーの取り組みです。LIFE は、国立点火施設(NIF)で開発中のレーザー駆動慣性閉じ込め核融合コンセプトを実用的な商用発電所(一般に慣性核融合エネルギー(IFE)として知られるコンセプト) に変換するために必要な技術の開発を目的としていました。LIFE は NIF と同じ基本コンセプトを採用していましたが、大量生産された燃料要素、簡素化されたメンテナンス、およびより高い電気効率を持つダイオードレーザーを使用してコストを削減することを目的としていました。

検討された設計は 2 つあり、純粋な核融合システムまたはハイブリッド核融合・核分裂システムとして運用されます。前者では、核融合反応によって生成されたエネルギーが直接使用されます。後者では、核融合反応によって放出された中性子が、周囲のウランまたはその他の核燃料のブランケット内で核分裂反応を引き起こすために使用され、これらの核分裂イベントがエネルギー放出の大部分を占めます。どちらの場合も、従来の蒸気タービンシステムを使用して熱を抽出し、電気を生成します。

NIF の建設は 2009 年に完了し、フルパワーにするための長い一連の準備テストが開始されました。2011 年から 2012 年にかけて、NIF は「国家点火キャンペーン」を実施し、核融合反応が自立的になる点に到達しました。これは、実用的な IFE システムの基本要件である重要な目標です。NIF はこの目標を達成できませんでした。核融合の性能は点火レベルをはるかに下回り、予測とはかなり異なっていました。点火の問題が解決されなかったため、LIFE プロジェクトは 2013 年に中止されました。

LIFE 計画は、その開発過程において、まだ実証されていない物理学に基づいているとして批判された。レーザーエネルギー研究所所長のロバート・マクロリーは、鋭い評価として次のように述べている。「私の意見では、LIFE の過大な約束と過大な売り込みは、ローレンス・リバモア研究所に損害を与えた。」^[1]

ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）は、1950年代後半にLLNLの従業員ジョン・ナッコルズによって最初の概念が開発されて以来、レーザー駆動慣性閉じ込め核融合（ ICF ）のリーダーである。 ^{[2] [3]基本的なアイデアは、}ドライバーを使用して、重水素（D）と三重水素（T）の混合物である核融合燃料を含むターゲットと呼ばれる小さなペレットを圧縮することだった。圧縮が十分な値に達すると、核融合反応が起こり始め、アルファ粒子と中性子が放出される。アルファ粒子は周囲の燃料の原子に衝突し、それらを核融合を起こすまで加熱する可能性がある。アルファ加熱の速度が環境への熱損失よりも高い場合、結果として点火と呼ばれる自立的な連鎖反応が発生する。^{[4] [5]}

ドライバーのエネルギー入力と核融合エネルギー出力を比較すると、核融合エネルギー利得係数と呼ばれる数値が得られ、 Qと表記されます。システムが正味エネルギーを生成するには、少なくとも 1 のQ値が必要です。原子炉を稼働させるにはいくらかのエネルギーが必要なので、正味の電気出力を得るには、Q は少なくとも 3 でなければなりません。 ^[6]商業運転には、これよりもはるかに高いQ値が必要です。 ^[7] ICF の場合、電気生成損失とドライバーに電力を供給するために使用される大量の電力の両方を回収するには、25 から 50 のオーダーのQが必要です。1960 年秋、LLNL で行われた理論的研究により、必要なオーダーの利得は 1 MJ のオーダーのドライバーで可能であることが示唆されました。^[8]

当時、さまざまな推進要因が検討されたが、その年の後半にレーザーが導入されたことで、適切な機能の組み合わせを備えた最初の明白な解決策がもたらされた。必要なエネルギーはレーザー設計の最先端のレベルをはるかに超えていたため、LLNL は 1960 年代半ばにこれらのレベルに到達するための開発プログラムを開始した。^[9]エネルギーが増加するたびに、克服する必要のある新しい予期しない光学現象が発生したが、これらは 1970 年代半ばまでにほぼ解決された。レーザー チームと並行して作業していた物理学者は、熱核爆弾の研究から採用したコンピューター シミュレーションを使用して予想される反応を研究し、 LASNEXと呼ばれるプログラムを開発し、 Qの 1 はキロジュールの範囲というはるかに低いエネルギー レベルで生成できることを示唆した。このレベルは、レーザー チームが現在実現できるレベルであった。^{[10] [11]}

1970 年代後半から、LLNL は LASNEX やその他のシミュレーションで予測される条件を達成するために一連の装置を開発しました。各反復で、実験結果によりシミュレーションが誤っていることが示されました。最初の装置である1970 年代後半のShiva レーザーは、50 ～ 100 倍の圧縮率を生み出しましたが、予想レベルに近い核融合反応は生み出しませんでした。問題は、赤外線レーザー光が電子を加熱して燃料に混ぜてしまうことにあると突き止められ、紫外線を使用すれば問題が解決すると示唆されました。この問題は、点火を目的として設計された 1980 年代のNova レーザーで解決されました。Nova は大量の核融合を生み出し、 1 回のショットで最大 10 個の核融合反応を生み出しました。^7個の中性子を発射したが、点火には至らなかった。これはレイリー・テイラー不安定性の増加によるもので、必要な駆動電力が大幅に増加した。 ^[12]

最終的に、これらの問題はすべて十分に理解されているとみなされ、はるかに大規模な設計であるNIFが誕生しました。NIFは、誤差を許容しながらも、必要なドライバーエネルギーの約2倍を供給するように設計されました。NIFの設計は1994年に確定し、2002年までに建設が完了する予定でした。建設は1997年に開始されましたが、完了までに10年以上かかり、2009年に主要な建設が完了したと宣言されました。^[13]

LLNLや他の場所でのICFコンセプトの開発を通じて、ICFコンセプトに基づいた商用発電所の設計を検討する小規模な取り組みがいくつか行われてきました。例としては、SOLASE-H ^[14]やHYLIFE-II ^[15]などがあります。NIFが2008年に完成に近づき、さまざまな懸念が解決されたと考えられたため、LLNLはより本格的なIFE開発の取り組みであるLIFEを開始しました。^[16]

LIFEプロジェクトが最初に提案されたとき、核融合・核分裂ハイブリッドコンセプトに焦点が当てられていました。これは、核融合反応からの高速中性子を使用して、核分裂しやすい物質の核分裂を誘発するものです。^[17]ハイブリッドコンセプトは、核分裂性燃料と核燃料の両方から電力を生成し、核廃棄物を燃やすように設計されました。^{[18] [19] [20]燃料ブランケットは}、フッ化リチウム （LiF）と フッ化ベリリウム （BeF ₂ ）の混合物から作られた 溶融塩で冷却されたTRISOベースの燃料を使用するように設計されました。^[21]

従来の核分裂発電所は、核分裂イベントによって熱中性子が放出され、それがさらなる核分裂イベントを引き起こすという連鎖反応に依存しています。U -235の各核分裂イベントでは、約 2 MeV の運動エネルギーを持つ 2 つまたは 3 つの中性子が放出されます。設計者は、慎重な配置とさまざまな吸収材料の使用により、システムのバランスをとることができ、それらの中性子の 1 つが別の核分裂イベントを引き起こし、他の 1 つまたは 2 つは失われます。このバランスは臨界として知られています。天然ウランは、主にU-238で、若干の U-235 と微量の U-234 を含む3 つの同位体の混合物です。主要な同位体のいずれかの核分裂で放出された中性子は、U-235 の核分裂を引き起こしますが、5 MeV 程度のより高いエネルギーを必要とする U-238 の核分裂を引き起こしません。天然ウランには、臨界に達するのに十分な U-235 がありません。世界で最も普及している発電用原子炉である商用軽水炉は、3～5％のU-235に濃縮されたウランを含む核燃料を使用し、残りはU-238である。^{[22] [23]}

DT核融合炉の各核融合イベントでは、アルファ粒子と約14MeVの運動エネルギーを持つ高速中性子が放出されます。これは、U-238やその他の多くの超ウラン元素の核分裂を引き起こすのに十分なエネルギーです。この反応は、水素爆弾で核融合セクションを劣化ウランの層で包むことで核融合セクションの収量を増やすために使用されています。劣化ウランは、内部の核融合爆弾からの中性子に当たると急速に核分裂します。同じ基本概念は、LIFEなどの核融合炉でも使用でき、その中性子を使用して核分裂燃料のブランケットで核分裂を引き起こします。U-235が特定のしきい値を下回ると燃料が燃え尽きる核分裂炉とは異なり、^[a]これらの核分裂-核融合ハイブリッド炉は、核融合炉が中性子を供給し続ける限り、核分裂燃料から電力を生成し続けることができます。中性子は高エネルギーであるため、複数の核分裂イベントを引き起こす可能性があり、原子炉全体でより多くのエネルギーを生成することにつながります。これはエネルギー増幅と呼ばれる概念です。^[25]従来の原子炉から取り出した残りの核燃料もこのように燃焼します。この方法では、長寿命の放射性同位元素の多くが燃焼し、放射能が弱く、長寿命成分のほとんどが欠けている廃棄物が生成されるため、潜在的に魅力的です。^[17]

ほとんどの核融合エネルギー設計では、核融合中性子がリチウムブランケットと反応して、燃料用の新しいトリチウムを生成します。核分裂-核融合設計の主な問題は、核分裂を引き起こす中性子がトリチウムの増殖に利用できなくなることです。核分裂反応によって追加の中性子が放出されますが、これらは天然リチウムの92%以上を占めるLi-7との増殖反応を完了させるのに十分なエネルギーがありません。これらの低エネルギー中性子はLi-6の増殖を引き起こし、天然リチウム鉱石から濃縮することができます。しかし、Li-6反応では捕捉された中性子1つにつきトリチウムが1つしか生成されず、自然崩壊やその他の損失を補うには中性子1つにつき1 T以上​​が必要です。^[26] Li-6を使用すると、核分裂からの中性子が損失を補いますが、他の核分裂反応を引き起こさないように中性子を除去するというコストがかかり、原子炉の出力が低下します。設計者はどちらがより重要かを選択しなければなりません。核融合中性子によって燃料を燃やすか、自己誘導核分裂イベントによって電力を供給する。^[27]

核分裂と核融合を組み合わせた設計の経済性は、常に疑問視されてきた。同じ基本的な効果は、中央の核融合炉を特別に設計された核分裂炉に置き換え、核分裂で生じた余剰中性子をブランケット内の燃料増殖に使用すれば作り出せる。これらの高速増殖炉は実際には非経済的であることが証明されており、核分裂と核融合のハイブリッドにおける核融合システムの費用が高いことから、非常に大きなユニットで構築しない限り、非経済的であることが常に示唆されてきた。^[28]

LIFE構想は2009年頃に核融合-核分裂ラインでの稼働を中止した。電力業界のパートナーとの協議の結果、プロジェクトは純電気出力が約1ギガワットの純粋な核融合設計へと方向転換された。^[29]

慣性閉じ込め核融合 は核融合発電開発の2つの主要なラインのうちの1つであり、もう1つは磁気閉じ込め核融合（MCF）であり、特にITERとして知られる主要な実験システムで構築されているトカマクコンセプトです。磁気閉じ込めは優れたアプローチであると広く考えられており、数十年にわたって大幅に開発が進んでいます。しかし、ITERのMCFアプローチが経済的に実用的になることは決してないのではないかという深刻な懸念があります。^[30]

ITER のような MCF 設計のコスト上の懸念事項の 1 つは、原子炉の材料が核融合反応によって生成される強力な中性子束の影響を受けることです。高エネルギー中性子が材料に衝突すると、構造内の原子が変位し、中性子脆化と呼ばれる問題が発生し、材料の構造的完全性が劣化します。これは核分裂炉でも問題となりますが、トカマクの中性子束とエネルギーは、ほとんどの核分裂設計よりも大きいです。ほとんどの MFE 設計では、原子炉は層状に構築され、トロイダル内部真空チャンバー、つまり「第 1 の壁」、次にリチウム ブランケット、最後にプラズマを閉じ込める磁場を生成する超伝導磁石が配置されます。中性子がブランケット内で止まるのは望ましいことですが、第 1 の壁または磁石内で止まると、ブランケットが劣化します。トロイダル スタックの要素を分解するには、時間のかかるプロセスとなり、容量係数が低下し、システムの経済性に大きな影響を与えます。この影響を軽減するには、まだ開発されていない新しい材料の使用が必要である。^[31]

燃料要素の大きさとそれに伴う爆発の自然な副作用として、ICF 設計では、幅が数メートルもある非常に大きな反応室が使用される。これにより、反比例の法則により、反応室の壁の特定の部分への中性子束が減少する。さらに、原子炉の近くや内部には磁石やその他の複雑なシステムはなく、レーザーは長い光路の反対側に隔離されている。反応室の反対側は空なので、ブランケットをそこに設置して簡単に保守できる。反応室の壁と最終光学系はいずれ脆くなり、交換が必要になるが、反応室は基本的に比較的単純な複数部品構造の大きな鋼球であり、それほど手間をかけずに交換できる。反応室は、全体として磁気核融合コンセプトの反応室よりも大幅に単純であり、LIFE 設計では、複数の反応室を製造して、それらを迅速に生産に移すことを提案した。^[32]

NIFのレーザーは、写真用フラッシュランプのような大きなフラッシュチューブのシステムを使用して、多数のガラス板を光学的に励起します。ガラス板がフラッシュされ、反転分布に落ち着くと、別のレーザーからの小さな信号が光ラインに供給され、ガラス板の発光を刺激します。その後、ガラス板は蓄積されたエネルギーを成長するビームに放出し、それを数十億倍に増幅します。^[33]

このプロセスはエネルギーの面で非常に非効率である。NIFはフラッシュチューブに400MJ以上のエネルギーを供給し、1.8MJの紫外線（UV）光を生成する。ターゲットチャンバーの制限により、NIFは約50MJまでの核融合出力しか処理できないが、ショットは通常その半分程度である。発電時の損失を考慮すると、最大で20MJの電気エネルギーが抽出される可能性があり、これは入力エネルギーの1/20未満に相当します。 [ 33 ^]

NIFレーザーのもう一つの問題は、フラッシュチューブがかなりの量の熱を発生し、レーザーガラスが変形するほどに熱くなることである。このため、ショットの間に約12時間という長い冷却期間が必要となる。実際には、NIFは1日1ショット未満のショット率を管理している。^[34]発電所として有用であるためには、毎秒約12ショットを実行する必要があり、これはNIFレーザーの能力をはるかに超えている。

ナッコルズが最初に考案したとき、レーザー駆動慣性核融合閉じ込めには数百キロジュールのレーザーが必要で、香水ミスター装置で作られた燃料液滴を使うと予想されていた。^[35] LLNLのその時の研究では、そのような装置は機能せず、ショットごとに機械加工されたアセンブリが必要であることが実証された。経済的に有用であるためには、IFE装置は数セントの燃料アセンブリを使用する必要がある。LLNLは独自のターゲットの価格を公表していないが、ロチェスター大学のレーザーエネルギー研究所の同様のシステムは、1つあたり約100万ドルのターゲットを製造している。^[36] NIFのターゲットのコストは1万ドル以上であると示唆されている。^{[37] [38]}

LLNLは、システムが最初に説明されたときから、レーザー問題に対するさまざまな解決策を模索し始めていました。1996年に彼らは、フラッシュチューブをレーザーダイオードに置き換えた、マーキュリーレーザーと呼ばれる小さなテストベッドシステムを構築しました。^[39]

この設計の利点の1つは、ダイオードがレーザーガラスの出力と同じ周波数付近の光を生成することです。^[40]これに対し、白色光フラッシュチューブでは、フラッシュのエネルギーのほとんどがレーザーガラスの有効周波数に近くないために無駄になります。^[41]この変更により、エネルギー効率が約10％向上し、劇的な改善が見られました。^[39]

ダイオードレーザーは、生成される光エネルギーの量に応じて、フラッシュチューブの約1/3の熱を放出します。熱の低減と、ダイオードとレーザーガラス層の間に吹き込まれるヘリウムによる能動冷却を組み合わせることで、ガラスの温度上昇がなくなり、マーキュリーは連続的に稼働できるようになりました。^[40] 2008 年、マーキュリーは 1 秒間に 10 回、1 ショットあたり 50 ジュールの光を何時間も連続して発射することができました。^[39]

マーキュリーと並行して進行していた他のいくつかのプロジェクトでは、非常に小さなスペースに多数のレーザーダイオードを詰め込むためのさまざまな冷却方法と概念が検討された。これらのプロジェクトにより、最終的に長さ約50センチメートル（20インチ）のボックスから100kWのレーザーエネルギーを発生するシステムが実現した。これはダイオードアレイと呼ばれる。LIFEの設計では、これらのアレイがマーキュリー設計の密度の低いダイオードパッケージに取って代わることになる。^[39]

LIFEは、本質的にはマーキュリーのコンセプトと新しい物理的配置の組み合わせであり、NIFの容積を大幅に削減すると同時に、構築と保守をはるかに容易にしました。NIFの192個のレーザーのうち1つのビームラインは100メートル（330フィート）以上の長さですが、LIFEは電源から周波数変換光学系まですべてを含む約10.5メートル（34フィート）の設計に基づいています。マスター発振器からの中央信号から供給されるNIFとは異なり、各モジュールは完全に独立しており、システム全体が動作を継続している間にユニットを個別に取り外して交換することができました。^[42]

LIFE ベースライン設計の各ドライバーセルには、レーザーガラスの大きな板の両側に配置された 2 つの高密度ダイオードアレイが含まれていました。アレイは、モジュールの両端にあるフックアップパイプを介して冷却されました。最初のレーザーパルスは、NIF のものと類似したプリアンプモジュールによって提供され、その出力はミラーとポッケルスセル 光スイッチを介してメインビームラインに切り替えられました。レーザーガラスからビームに蓄積されるエネルギーを最大化するために、光スイッチを使用してビームをミラーに送り、NIF と同様の方法で光をガラスに 4 回反射させました。^[40]最後に、ビームが一方の端にある周波数コンバーターを介してシステムから出る前に、ガラスの両側の光学系によって焦点合わせと光学的クリーンアップが提供されました。^[42]

レーザーモジュールは小型で独立性があるため、巨大なNIFの建物を省くことができました。代わりに、モジュールはターゲットチャンバーを囲むようにコンパクトにまとめられました。基本設計では、モジュールはターゲットチャンバーの上下の2つのリングに幅2、高さ8のグループで積み重ねられ、チャンバーに開けられた小さな穴を通して光を照射し、戻ってくる中性子束から保護されていました。^[43]

最終的な目標は、従来のセミトレーラートラックで発電所まで輸送でき、NIF システムの 15 倍にあたる 18% のエンドツーエンド効率でレーザーエネルギーを供給できるシステムを開発することだった。これにより、必要な核融合ゲインは 25 ～ 50 の範囲にまで下がり、NIF の予測値の範囲内になる。この「ビームインボックス」システムは、レーザー出力 1 ワットあたり 3 セントで構築でき、持続的な生産では 0.7 セント/ワットに削減できるという意見で一致した。つまり、LIFE プラント全体は、ダイオードだけで約 6 億ドル相当の費用がかかることになり、これはかなりの額だが、経済的に可能な範囲内である。^[42]

NIF のターゲットは非常に高価です。それぞれのターゲットは、両端が透明な二重窓で密閉された小さな開放型金属シリンダーで構成されています。ドライバー レーザーの光を圧縮を駆動するX 線に効率よく変換するために、シリンダーは金などの重金属でコーティングする必要があります。内部には、細いプラスチック ワイヤに吊るされた中空のプラスチック球があり、その中に燃料が入っています。対称的な爆縮を実現するために、金属シリンダーとプラスチック球の加工公差は非常に大きくなっています。燃料は通常室温ではガスで、球の内部に堆積され、その後、球の内部にくっつくまで極低温で凍結されます。次に、赤外線レーザーでゆっくりと温めて滑らかにし、ペレットの内側に 100 μm の滑らかな層を形成します。ターゲット 1 つあたりの価格は数万ドルです。^[37]

この懸念に対処するため、LIFEはコストを下げるためにターゲットの設計を簡素化し、構築を自動化することに多大な労力を費やした。ジェネラル・アトミックス社と協力し、LIFEチームは敷地内の燃料工場を使用して1日あたり約100万個のペレットを大量生産するというコンセプトを開発した。これによりターゲット1個あたりの価格が約25セントまで下がると予想されたが^[44] 、他の文献ではターゲット価格が50セントに近いと示唆されており、LLNL自身の見積も​​りでは20セントから30セントの範囲となっている。^[45]

LIFEコンセプトのあまり目立たない利点の1つは、システムの起動に必要なトリチウムの量がMFEコンセプトに比べて大幅に削減されることです。MFEでは、比較的大量の燃料が準備され、原子炉に投入されるため、起動のためだけに世界中の民間用トリチウム供給量の大部分が必要になります。LIFEでは、ペレット1つあたりの燃料の量がごくわずかであるため、1 / 10程度のはるかに少ないトリチウムで運転を開始できます。^[32]

初期の核融合-核分裂設計は十分に開発されておらず、概念の概略のみが示されていました。これらのシステムは NIF の縮小版のように見え、ターゲットチャンバーと発電エリアの両側に約 100 メートル (330 フィート) の長さのビームラインがありました。レーザーは 1 秒間に 13 回、1.4 MJ の紫外線を生成しました。核融合は 2.5 メートル (8 フィート 2 インチ) のターゲットチャンバーで行われ、その周囲には 40 ショートトン (36,000 kg) の未濃縮核分裂燃料、または代わりに約 7 ショートトン (6,400 kg) の Pu または兵器由来の高濃縮ウランが詰められていました。核融合システムは25 ～ 30 程度のQ を生成し、350 ～ 500 MW の核融合エネルギーを生み出すと予想されていました。核融合によって引き起こされる核分裂プロセスにより、エネルギーが4～10倍増加し、総熱出力は2000～5000MWになります_。ランキンサイクル設計などの高効率熱電変換システムと実証済みの超臨界蒸気発生器を組み合わせることで、熱出力の約半分を電気に変換することができます。^{[46] [47]}

2012年までに、純粋核融合コンセプトのベースライン設計、いわゆる市場参入プラント（MEP）^[b]が安定した。これは自己完結型設計で、核融合セクション全体が円筒形のコンクリート建屋に収められており、核分裂炉閉じ込め建屋と似ているが、直径は100メートル（330フィート）と大きい。^[49]中央の建屋の両側には小さな長方形の建屋があり、一方にはタービンと電力処理システムがあり、もう一方にはトリチウムプラントがある。3つ目の建屋は、図によるとプラントに隣接しているか、プラントの後ろにあるが、メンテナンスに使用されていた。^[50]

中央核融合棟内では、ビームインアボックスレーザーがターゲットチャンバーの上下に2つのリング状に配置されている。合計384個のレーザーが0.351マイクロメートルの波長で2.2MJの紫外線を照射し、^[40] Q値は21となる。軽ガス銃を使用して、1秒間に15個のターゲットをターゲットチャンバーに発射した。^[51]発射するたびに、ターゲットチャンバーの内壁の温度は600℃（1,112℉）から800℃（1,470℉）に上昇する。^[52]

ターゲットチャンバーは二重壁構造で、壁の間には液体リチウムまたはリチウム合金が充填されている。^[53]リチウムは反応から中性子を捕獲してトリチウムを増殖させ、また一次冷却ループとしても機能する。^[54]チャンバーにはキセノンガスが充填されており、反応からのイオンを減速させるとともに、内壁、つまり第一壁を大量のX線束から保護する。^[50]チャンバーは核分裂炉心のように高圧ではないため、単一の球体として構築する必要はない。その代わりに、LIFEチャンバーは、冷却ループへの組み込み接続を含む8つの同一セクションで構築される。それらは発電所に輸送され、2つのサポートでボルトで固定され、チューブベースのスペースフレームで囲まれる。^[55]

脆化に対処するため、ターゲットチャンバー全体は、レールに乗せられて建物の中央からメンテナンス棟まで簡単に移動でき、そこで再構築できるように設計されました。チャンバーは4年間使用でき、1か月で交換できると予想されていました。光学系はチャンバーから切り離されているため、動作中の振動から隔離され、チャンバー交換後にビームライン自体を再調整する必要がありません。^[50]

この発電所のピーク発電能力、つまり定格出力は約400MWeで、設計上は1000MWeまで拡張できるようになっている。^[56]

均等化発電原価（LCoE）は、発電システムの寿命期間中の建設および運用にかかる総コストを、その期間中に送電網に送られる総電力量で割ることで計算できます。金額は基本的に、発電所の資本支出（CAPEX）とそのCAPEXに対する利子支払い、燃料の割引コスト、稼働に必要なメンテナンスと解体、割引運用費用（OPEX）を組み合わせたものです。電力量は通常、発電所が生成できるピーク電力を考慮して計算され、その後、メンテナンスや意図的なスロットリングによるダウンタイムを考慮して容量係数（CF）で調整されます。簡単な計算として、インフレ、機会費用、およびわずかな運用費用を無視して、電力コストのメリット指標を作成できます。 ^[57]

MEPは量産設計を意図したものではなく、少量の電力しか輸出できない予定だった。しかし、最初の量産モデルLIFE.2のベースとなる予定だった。LIFE.2は2.2GWの核融合エネルギーを生産し、それを48%の効率で1GWの電力に変換する予定だった。^[51] LIFEは1年間で365日×24時間×0.9の稼働率×1,000,000kWの定格定格=80億kWhを生産することになる。この電力を発電するためには、システムは365×24×60分×60秒×15ペレット/秒×0.9の稼働率=4億2500万ペレットの燃料ペレットを燃焼させる必要がある。ペレットの推奨価格が1個50セントだとすると、このプラントの燃料費は年間2億ドルを超えることになる。 2015年時点での米国の卸売電力の平均価格は^{[アップデート]}約5セント/kWhであるため^[58] 、この電力の商業価値は約2億1200万ドルとなり、LIFE.2は平均して燃料費をかろうじてカバーできる程度であることが示唆される。^[d]

発電所の CAPEX は 64 億ドルと推定されるため、20 年間の資金調達には、無担保金利 6.5% と仮定すると、さらに 50 億ドルが追加されます。CAPEX と燃料だけを考慮すると、発電所の総コストは 6.4 + 5 + 4 = 154 億ドルです。総コストを同じ期間に生産されたエネルギーで割ると、20 年間の運用期間の電気コストの大まかな見積もりが得られます。154 億ドル / 1600 億 kWh = 9.6 セント/kWh。40 年間の運用期間では、電気コストは 4.8 セント/kWh になります。LLNL は、2009年の MIT レポート「原子力エネルギーの将来」で説明されている割引キャッシュ フロー手法を使用して、LIFE.2 のLCOE を9.1 セントと計算しました。^{[51] [60]}どちらの値を使用しても、LIFE.2は2018年時点で5セント/kWhを大きく下回る現代の再生可能エネルギー源と競争することはできません^{[アップデート]}。^[61]

LLNLは、広範囲にわたる商業展開後のさらなる開発により、さらなる技術改善とコスト削減につながる可能性があると予測し、約63億ドルのCAPEXと1.6GWの銘板でワット当たり4.2ドル/ワットの価格でLIFE.3設計を提案した。これにより、LCOEは5.5セント/kWhと予測され、^[51] 2018年時点では洋上風力と競合できるが^{[アップデート]}、^[62] LIFE.3設計の建設が始まる2040年にはそうではない可能性が高い。^[e] LIFEプラントは卸売業者となり、2015年時点で約5.3セント/kWhのベースロード料金と競合する^{[アップデート]}。^[58]

発電所の蒸気タービン部分であるタービンホールのコストは通常​​約1ドル/ワットで、その電力を送電網に供給するための電気機器のコストはさらに約1ドル/ワットです。^[64] LIFEの文書で引用されている予測総CAPEXに達するには、LIFE.2では原子力島全体のコストが約4ドル/ワット、LIFE.3では2ドル/ワット強になる必要があることを意味します。数十年にわたる商業経験と継続的な設計作業の恩恵を受けている現代の原子力発電所は、8ドル/ワット弱のコストで、原子力島のコストはその約半分です。LLNLの見積もりでは、LIFE.3は2040年に現在の核分裂発電所の約半分のコストで建設される必要があります。^[65]

NIFの建設は2009年に完了し、研究所はレーザーをフル稼働させるために長い較正とセットアップ期間を開始した。この施設は2012年に設計容量の1.8MJの紫外線光に達した。^[66] この期間中、NIFは2012年9月30日までに点火を達成することを目標とした国家点火キャンペーンと呼ばれる段階的なプログラムを開始した。最終的に、シミュレーションでは予測されていなかった予期せぬパフォーマンス問題が発生したため、キャンペーンは失敗に終わった。2012年末までに、システムは最良のショットを生成していたが、それでも点火に必要な圧力の1/10に過ぎなかった。^[67]

キャンペーン終了後の進捗状況のレビューで、米国科学アカデミーの審査委員会は「エネルギー省内で国家的かつ協調的かつ広範囲にわたる慣性核融合エネルギープログラムを確立する適切な時期は、点火が達成された時である」と述べた。 ^[68]彼らは「委員会は、レーザー間接駆動による点火は今後数年間は実現しそうにないと評価している」と指摘した。^[69]

LIFE計画は2013年初頭にひっそりと中止された。^[70] LLNLの代理所長ブレット・ナップ氏はこの問題について「我々の慣性核融合計画の焦点は、LIFE構想ではなくNIFの点火を理解することにある。点火に関してさらなる進歩が見られるまで、我々は核融合点火を達成するための残りの基本的な科学的課題を解決することに努力を集中する」とコメントした。^[1]

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